微電網(wǎng)綜合架構(gòu)

　　（一）什么是微電網(wǎng)

　　微電網(wǎng)是相對(duì)傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個(gè)概念，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行，可以有效提高電網(wǎng)的抗災(zāi)害打擊能力，保證網(wǎng)內(nèi)電力供應(yīng)的安全性；高效節(jié)能，可有效實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)和消費(fèi)的優(yōu)質(zhì)匹配，優(yōu)化電力資源網(wǎng)內(nèi)分配，且線損非常低；可有效解決風(fēng)、光等清潔能源并網(wǎng)問題。它是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效方式，是傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的過渡。

　　與傳統(tǒng)集中式能源系統(tǒng)相比，微電網(wǎng)具有許多優(yōu)勢(shì)，如微電網(wǎng)接近負(fù)荷，線損顯著減少，建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用較??；分布式能源具備發(fā)電、供熱、制冷等多種服務(wù)功能，可實(shí)現(xiàn)更高的能源綜合利用效率；發(fā)展微電網(wǎng)有利于各類可再生能源（太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電等）的利用，減少了排放總量、征地、電力線路走廊用地和高壓輸電線的電磁污染，緩解了環(huán)保壓力；微電網(wǎng)可以解決部分調(diào)峰和備用問題，做到與季節(jié)性和地域性的電力需求變化相適應(yīng)，使得電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性達(dá)到最佳平衡；微電網(wǎng)可以提高供電可靠性、供電質(zhì)量和電網(wǎng)的安全性;發(fā)展微電網(wǎng)技術(shù)可形成和諧多元化的電網(wǎng)格局。

　?。ǘ┪㈦娋W(wǎng)的優(yōu)勢(shì)和前景

　　目前，微電網(wǎng)已成為一些發(fā)達(dá)國家解決電力系統(tǒng)眾多問題的一個(gè)重要輔助手段。各國都依據(jù)本國電力系統(tǒng)實(shí)際問題提出了各自的微電網(wǎng)概念和發(fā)展目標(biāo)。從全球來看，目前微電網(wǎng)主要處于實(shí)驗(yàn)和示范階段，但從過去五年來看，微電網(wǎng)的技術(shù)推廣已經(jīng)度過幼稚期，市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步成長。世界各地的政府、主要能源公司和電力公司等積極主導(dǎo)或參與當(dāng)?shù)匚㈦娋W(wǎng)工程建設(shè)。未來5  到10  年，微電網(wǎng)的市場(chǎng)規(guī)模、地區(qū)分布和應(yīng)用場(chǎng)所分布都將會(huì)發(fā)生顯著變化。中國政府對(duì)微電網(wǎng)發(fā)展日趨重視，自下而上推動(dòng)力越來越強(qiáng)，企業(yè)積極參與。微電網(wǎng)在國內(nèi)的市場(chǎng)將非常廣闊。

　　中國國家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所研究員王斯成表示，中國電力沒有市場(chǎng)，只能把電力賣給電網(wǎng)公司，政府公司，包括上網(wǎng)電價(jià)，金太陽工程屬于自發(fā)自用。大型電站調(diào)節(jié)非常困難，分布式、微電網(wǎng)是一條捷徑。國家正在考慮分布式發(fā)電管理辦法。

　　微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)行“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)劑”的運(yùn)行機(jī)制，即屋頂光伏電站電量直接出售給微電網(wǎng)內(nèi)用戶，汽車充電站和儲(chǔ)能單元充電，富余電量送向地區(qū)電網(wǎng)。當(dāng)光伏發(fā)電電量不足時(shí)，從地區(qū)電網(wǎng)購電，通過微電網(wǎng)向用戶供電。打破體制，打破定價(jià)權(quán)，這是電力體制改革的一個(gè)信號(hào)。

　　與此同時(shí)，電網(wǎng)和光伏企業(yè)更需共同努力，提高光伏電力調(diào)度能力。國家能源局計(jì)劃在“十二五”期間建成30個(gè)微電網(wǎng)項(xiàng)目，使分布式電網(wǎng)達(dá)到電網(wǎng)有好接入的標(biāo)準(zhǔn)。

　?。ㄈ┪㈦娋W(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　美國最早提出了微電網(wǎng)概念，近年來，其微電網(wǎng)研究一直在有條不紊地進(jìn)行著。美國的微電網(wǎng)研究項(xiàng)目主要受到了美國能源部的電力提供和能源可靠性辦公室、加州能源委員會(huì)的資助，其研究的重  點(diǎn)主要集中在滿足多種電能質(zhì)量的要求、提高供電的可靠性、降低成本和實(shí)現(xiàn)智能化等方面

　　美國能源部還與通用電氣共同資助了第二個(gè)“通用電氣（General Electric Company，GE）全球研究（Global  Research）”計(jì)劃，投資約400萬USD。GE的目標(biāo)是開發(fā)出一套微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（microgrid energy  management，MEM），使它能向微電網(wǎng)中的器件提供統(tǒng)一的控制、保護(hù)和能量管理平臺(tái)。MEM的設(shè)計(jì)旨在通過優(yōu)化對(duì)微電網(wǎng)中互聯(lián)元件的協(xié)調(diào)控制來滿足用戶的各種需求，如運(yùn)行效率最高、運(yùn)行成本最小等等。這項(xiàng)微電網(wǎng)計(jì)劃分兩個(gè)階段施行，第一個(gè)階段已經(jīng)完成，該階段主要對(duì)一些基礎(chǔ)的控制技術(shù)和能量管理技術(shù)方面進(jìn)行研究，并探索該計(jì)劃的市場(chǎng)前景。第二階段計(jì)劃在2008年中完成，主要是將第一階段的技術(shù)在具體的模型下進(jìn)行仿真，并建造示范工程進(jìn)行具體的實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)微電網(wǎng)計(jì)劃對(duì)于目前該領(lǐng)域的其他微電網(wǎng)研究是一個(gè)很好的補(bǔ)充。CERTS微電網(wǎng)研究主要集中在對(duì)DERs的設(shè)計(jì)和魯棒控制，GE微電網(wǎng)則更多地關(guān)注在外部監(jiān)控回路的研發(fā)上，以及對(duì)能量利用和運(yùn)行成本的優(yōu)化上。

　　除了上述微電網(wǎng)研究之外，在美國還開展了許多在這方面的研究，它們促進(jìn)了微電網(wǎng)的發(fā)展，如加州能源委員會(huì)資助的分布式效能集成測(cè)試平臺(tái)、美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室所完成的對(duì)佛蒙特州微電網(wǎng)的安裝和運(yùn)行的檢驗(yàn)。

　?。ㄋ模└鲊㈦娋W(wǎng)應(yīng)用

　　目前世界上許多國家己開展微電網(wǎng)研究，立足于本國電力系統(tǒng)的實(shí)際問題提出了各自的微電網(wǎng)概念和發(fā)展目標(biāo)。作為一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，微電網(wǎng)在各國的發(fā)展呈現(xiàn)不同的特色。微電網(wǎng)已成為一些發(fā)達(dá)國家解決電力系統(tǒng)眾多問題的一個(gè)重要輔助手段。在此匯總世界各國微電網(wǎng)工程發(fā)展現(xiàn)狀，希望對(duì)未來微電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用起到一個(gè)借鑒和推動(dòng)作用。

　　美國

　　1）電氣可靠性技術(shù)解決方案聯(lián)合會(huì)（CERTS）

　　安裝地點(diǎn)：俄亥俄州首府哥倫布的Dolan技術(shù)中心。

　　微網(wǎng)組成：三臺(tái)60kW 燃?xì)廨啓C(jī);三條饋線，負(fù)荷可分為一般負(fù)荷、可控負(fù)荷和敏感負(fù)荷。

　　示范目的：聯(lián)網(wǎng)和孤島模式之間的自動(dòng)無縫切換;不依賴于高故障電流微網(wǎng)保護(hù);無需高速通信實(shí)現(xiàn)孤島條件下的電壓和頻率穩(wěn)定。

　　多蘭技術(shù)中心CERTS微網(wǎng)測(cè)試臺(tái)布局

　　3） 通用電氣（GE）

　　安裝地點(diǎn)：原計(jì)劃安裝在新澤西Wayne市;2007年9月，在新墨西哥開始建設(shè);后計(jì)劃遷至夏威夷Forrest市。

　　示范目的：微網(wǎng)的控制策略、保護(hù);微網(wǎng)上層能量管理。

　　日本

　　1） 愛知縣（Aichi）

　　安裝地點(diǎn)：2005愛知縣世博會(huì)，2008年搬遷到日本中部城市機(jī)場(chǎng)

　　系統(tǒng)組成：熔碳酸鹽燃料電池270kW+300kW、固體氧化物燃料電池25kW、磷酸燃料電池4*200kW;光伏發(fā)電330kW;鈉硫儲(chǔ)能電池組示范目的：建立多種分布式能源的區(qū)域供電系統(tǒng)，并避免對(duì)大電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響

　　歐洲

　　1）西班牙：Labein 聯(lián)網(wǎng)模式

　　安裝地點(diǎn)：西班牙巴斯克地區(qū)的畢爾巴鄂市。

　　微網(wǎng)組成：發(fā)電設(shè)備--光伏（0.6kW，1.6kW 和3.6kW），直驅(qū)式風(fēng)機(jī)（6kW），2 臺(tái)63kVA  的柴油發(fā)電機(jī);儲(chǔ)能裝置--蓄電池（48V/1925Ah 和24V/120Ah），飛輪儲(chǔ)能（250kVA），超級(jí)電容器48V/4500F）;負(fù)荷（阻性150kW  和50kW，2 套36kVA 的感性負(fù)載）。

　　示范目的：聯(lián)網(wǎng)模式下的中央和分散控制策略;微網(wǎng)頻率的一次、二次和三次調(diào)整;聯(lián)網(wǎng)和孤島模式切換;通訊協(xié)議驗(yàn)證;微網(wǎng)的需求側(cè)管理。

　　2）希臘：Kythnos 孤島模式

　　安裝地點(diǎn)：希臘愛琴?；死先簫u。

　　示范目的：提高供電可靠性;上層調(diào)度管理;智能負(fù)荷管理。

　　微網(wǎng)組成：包括兩個(gè)子系統(tǒng)。

　　子系統(tǒng)1：三相系統(tǒng);光伏10kW，蓄電池53kWh，柴油機(jī)9kVA;負(fù)荷：12戶家庭。

　　子系統(tǒng)2：單相系統(tǒng);光伏2kW，蓄電池32kWh;用于通訊設(shè)備的供電。

　　3）葡萄牙：EDP 轉(zhuǎn)換模式

　　系統(tǒng)組成：80kW燃?xì)廨啓C(jī);負(fù)責(zé)本地游泳池的電力和熱力供應(yīng);可以為外部家用、商用、工業(yè)提供電力。

　　示范目的：在聯(lián)網(wǎng)與孤島運(yùn)行狀態(tài)下，不同的發(fā)電與負(fù)荷水平時(shí)，分析微網(wǎng)行為;在幾種運(yùn)行狀態(tài)下，演示從聯(lián)網(wǎng)切換到孤島狀態(tài)的可能性;辨識(shí)微型燃?xì)廨啓C(jī)的仿真參數(shù);分析微型燃?xì)廨啓C(jī)與柴油發(fā)電機(jī)組在孤島模式下的相互影響;切負(fù)荷控制策略。

　　葡萄牙伊利亞沃ILHAVO 酒店

　　4）荷蘭：Continuon 孤島模式及儲(chǔ)能

　　安裝地點(diǎn)：荷蘭的Zutphen度假村，荷蘭首個(gè)微網(wǎng)項(xiàng)目。

　　微網(wǎng)組成：380V，50Hz系統(tǒng);335kW光伏，蓄電池;提供200幢別墅電力。

　　示范目的：聯(lián)網(wǎng)孤島自動(dòng)切換;黑啟動(dòng)能力;維持孤島運(yùn)行24 小時(shí);蓄電池智能充放電管理。

　　5）德國：Demotec

　　安裝地點(diǎn)：德國卡塞爾大學(xué)的太陽能技術(shù)研究所。

　　示范目的：聯(lián)網(wǎng)孤島模式切換;P-f 和Q-V 下垂控制;不同負(fù)荷對(duì)微網(wǎng)暫態(tài)影響;

　　分布式電源輸出波動(dòng)對(duì)微網(wǎng)穩(wěn)定性影響。

　?。ㄎ澹╇娋W(wǎng)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

　　在微電網(wǎng)領(lǐng)域，我國已經(jīng)啟動(dòng)了973計(jì)劃“分布式供能系統(tǒng)”，科技部也將微電網(wǎng)示范研究列入“十二五”的863計(jì)劃。但相對(duì)國外微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室或示范工程，我國的差距較為明顯，首先，規(guī)模上非常有限，目前主要是針對(duì)某一樓宇等進(jìn)行，能源種類也較為有限，其次，缺乏實(shí)際的應(yīng)用，目前主要是以實(shí)驗(yàn)或示范為主，缺少針對(duì)某一地區(qū)用戶的實(shí)際運(yùn)用。國內(nèi)相關(guān)科研院所對(duì)微網(wǎng)的各項(xiàng)研究工作、研究計(jì)劃正積極展開。